1 Modul 6: Cơ sở địa chất cấu tạo 1. Lớp, tính phân lớp và cấu trúc mặt phân lớp 1.1. Lớp và tính phân lớp Một khối lượng trầm tích tương đối đồng nhất và được giới hạn bởi những bề mặt song song hay gần song song gọi là một lớp. Người ta cũng dùng thuật ngữ "vỉa" để chỉ các lớp khoáng sản, ví dụ vỉa than, vỉa phosphorit v.v Tính đồng nhất của mỗi lớp được thể hiện trong thành phần, màu sắc, các dấu hiệu cấu tạo và hoá thạch. Sự xen kẽ nhau của các lớp được gọi là tính phân lớp; đó là một trong những đặc tính quan trọng và đặc trưng nhất của đá trầm tích và là cơ sở để nghiên cứu các đá trầm tích, địa tầng, địa chất thuỷ văn, địa chất công trình, địa mạo v.v Tính phân lớp cho phép ta đối chiếu và so sánh các mặt cắt địa tầng, xác định hướng và cự ly dịch chuyển của các chuyển động kiến tạo thẳng đứng, tiến hành tìm kiếm và theo dõi các tầng quặng, các vỉa dầu mỏ, nước ngầm v.v , Do có tính phân lớp mà khi các đá trầm tích bị biến dạng sẽ xuất hiện các nếp uốn, vì vậy tính phân lớp là cơ sở để nghiên cứu các cấu tạo uốn nếp. Mặt giới hạn giữa các lớp hoặc vỉa gọi là mặt lớp, thường không tuyệt đối phẳng và song song nhau mà có thể gồ ghề và có độ cong nhất định. Mặt trên của lớp (vỉa) gọi là mái, mặt dưới gọi là tường hoặc đáy (Hình 1), sự chuyển tiếp từ lớp này sang lớp khác có thể đột ngột hoặc từ từ. Trong trường hợp chuyển tiếp từ từ thì ranh giới giữa các lớp kề nhau được vạch ra một cách ước lệ theo bề mặt mà trên đó xẩy ra sự thay đổi thành phần đá. Đặc điểm thay đổi từ lớp này sang lớp khác cho chúng ta suy luận về những biến đổi xẩy ra khi lắng đọng trầm tích. Khoảng cách giữa mái và tường là bề dày của lớp, người ta phân biệt hai loại bề dày là bề dày thật và bề dày biểu kiến. Bề dày thật là khoảng cách ngắn nhất giữa mái và tường, còn bề dày biểu kiến là khoảng cách bất kỳ giữa mái và tường quan sát được trong tự nhiên (Hình 1). a a b b c c Têng M¸i Hình 1. Các yếu tố của lớp, bề dày lớp a-a: bề dày thật; b-b, c-c: bề dày biểu kiến; d-d, e-e: bề dày thiếu 2 Phân lớp xiên là loại phân lớp có bề mặt phân lớp vừa phẳng lại vừa cong, chúng cắt nhau theo những góc khác nhau và ở bên trong mỗi lớp lại có sự phân lớp nhỏ hơn. Dạng phân lớp này được hình thành trong môi trường chuyển động theo một hướng. Ví dụ ở các dòng sông, dòng nước biển hoặc sự chuyển động của không khí. Tuỳ thuộc điều kiện thành tạo, người ta phân ra một số loại phân lớp xiên khác nhau (Hình 3.5). Trong các dòng chảy của sông, sự phân lớp xiên thường nghiêng về phía nước chảy. Tính phân lớp xiên ở các tam giác châu thường có kích thước lớn. ở đây sự phân lớp xiên có đặc điểm là càng xuống gần đáy của lớp càng thoải; ở mái tính phân lớp xiên biến mất và xuất hiện các vật liệu thô hơn. Thường phần trên của các tập phân lớp xiên bị bào mòn và hình như chúng bị cắt bởi đáy của các lớp nằm trên. Trong trầm tích biển tính phân lớp xiên có kích thước lớn và góc nghiêng tương đối nhỏ. ở những vùng nước nông, trong đới tác động của sóng, tính phân lớp xiên rất đa dạng, rất mỏng, định hướng theo các hướng khác nhau tương ứng với hướng chuyển động của sóng trong thời gian tích tụ trầm tích. Chúng ta sẽ dễ dàng mắc sai lầm khi tính bề dày các lớp nếu không chú ý đến tính phân lớp xiên của lớp. Tính phân lớp xiên do gió thường rất phức tạp, không đều đặn, có hướng khác nhau và bề dày thường biến đổi. Tính phân lớp dạng thấu kính thể hiện ở sự thay đổi bề dày của lớp, các lớp thường có dạng thấu kính, bị vát nhọn và tách thành từng phần. Khi sự vát nhọn đột ngột thì mặt thớ lớp của các thấu kính thường bị uốn cong. Tính phân lớp dạng thấu kính được thành tạo trong điều kiện dòng nước hoặc luồng gió thay đổi một cách nhanh chóng, ví dụ ở các dòng chảy của sông hay các dải biển có thuỷ triều lên xuống. Sự thành tạo tính phân lớp dạng thấu kính thường liên quan với sự bào mòn vật liệu trầm tích được thành tạo trước và đáy nước không bằng phẳng. Phân lớp dạng thấu kính với kích thước nhỏ có thể được thành tạo trong các biển yên tĩnh khi vật liệu hạt thô vận chuyển đến biển có chu kỳ. Sự vát nhọn của các lớp thường xảy ra khi có sự thay đổi thành phần trầm tích được tích tụ hoặc do sự bào mòn về sau của các trầm tích đã được tích tụ trước kia. Bề dày của lớp phản ảnh cường độ chuyển động của môi trường tích tụ trầm tích và số lượng vật liệu được đưa đến khu vực trầm tích. Tuỳ thuộc vào bề dày người ta chia ra 4 loại phân lớp: phân lớp thô - bề dày của lớp từ hàng chục cm đến hàng chục mét, phân lớp nhỏ - bề dày của lớp từ 1 - 10 cm, phân lớp mỏng - bề dày của lớp vài milimét, vi phân lớp - chỉ nhìn thấy được dưới kính hiển vi. 3 1.2. Cấu trúc của mặt phân lớp Nghiên cứu đặc điểm cấu trúc mặt phân lớp giúp ta hiểu rõ được nguồn gốc và điều kiện thế nằm của các hệ tầng trầm tích. Những đặc điểm cấu trúc đó là dấu vết gợn, khe nứt nguyên sinh, dấu vết hoạt động của sinh vật, dấu vết giọt mưa, các tinh thể nước đá v.v Dấu vết gợn thường chỉ thể hiện ở mặt trên của lớp, tuỳ theo điều kiện thành tạo mà người ta phân biệt vết gợn gió, vết gợn dòng chảy, vết gợn sóng. - Vết gợn gió có kích thước tương đối lớn và các gờ sắp xếp thành dạng vòng cung trên bình đồ, trầm tích hạt thô tập trung trên các đỉnh gờ. - Vết gợn dòng chảy, các gờ có kích thước nhỏ hơn nhưng đỉnh biểu hiện rõ rệt hơn. Các gờ có thể định hướng ngang hoặc dọc theo hướng dòng chảy và chúng sắp xếp theo kiểu lợp ngói trên bình đồ. - Vết gợn sóng có kích thước nhỏ nhất, các gờ phân bố không đối xứng và cánh hướng về phía bờ dốc hơn, trầm tích thô được tích tụ ở chỗ lõm giữa hai gờ. Khe nứt nguyên sinh cũng có nguồn gốc khác nhau nhưng phần lớn được hình thành do quá trình khô cứng, các khe nứt này được các vật liệu khác lấp đầy, tạo nên những đường gờ và đường viền trên bề mặt lớp. Khe nứt ngầm dưới nước xuất hiện do sự keo đặc lại và bùn ở đáy co thể tích, tạo nên các nhóm khe nứt hình sao từ phần giữa của lớp toả ra. Trên bề mặt phân lớp thường thấy dấu vết hoạt động của sinh vật, những dấu vết này bắt đầu xuất hiện từ các loại đá khá cổ, gọi là vết chữ cổ vì có dạng loằng ngoằng như chữ cổ (hieroglyph). Chúng thường gặp ở mặt dưới của các lớp cát kết và đá carbonat trong các hệ tầng flysh. Đó chủ yếu là vết giun bò, vết trườn của sinh vật và các rãnh xói mòn phát triển trên mặt trầm tích bùn chưa đông cứng. Khi tích tụ các lớp cát kết và carbonat tiếp sau thì các vết lõm được in lại trên mặt đáy của lớp ở dạng các rãnh và các đường gờ gồ ghề có kích thước và hình dạng khác nhau. Vết chữ cổ giống như những bản đúc theo khuôn ở bề mặt của lớp dưới khi còn là trầm tích bùn. Về sau do những chuyển động biến dạng, những "khuôn" ở bề mặt lớp dưới dễ dàng bị phá huỷ vì có nguồn gốc là bùn mịn, trong khi đó những bản được đúc lại ở mặt dưới lớp trên là thành phần đá thô cứng nên được bảo tồn. Như vậy, vết chữ cổ chỉ có ở dưới các lớp thô, khác với những gồ ghề nguyên sinh của mặt lớp. Một tính chất quan trọng nữa của đá trầm tích là sự định hướng của hạt vụn, điều này giúp ta biết được hướng vận chuyển vật liệu trong thời gian lắng đọng trầm tích. Trong cuội kết và sỏi kết của sông các hạt cuội và sỏi thường nghiêng theo hướng ngược với chiều nước chảy, nghĩa là ngược với hướng phân lớp xiên chéo. Trong khi 4 đó, ở cửa sông mở ra biển thì hướng nghiêng của cuội cũng như sỏi và tính phân lớp xiên chéo thường trùng với hướng dòng chảy. 1.3. Thế nằm nguyên sinh và thế nằm biến dạng của lớp Trầm tích được tích tụ ở đáy biển hoặc các bồn nước nội địa hay các miền đồng bằng ven bờ, bề mặt tích tụ trầm tích thường có độ nghiêng nhỏ dưới 1 o , cá biệt mới có những trường hợp góc nghiêng lớn hơn. Do đó, phần lớn đá trầm tích khi mới hình thành có thế nằm ngang hoặc gần như ngang. Quá trình trầm tích lâu dài và liên tục đã san bằng dần đáy bồn trầm tích và làm cho nó ngày càng bằng phẳng hơn. Độ nghiêng của thế nằm nguyên sinh rất ít khi đạt 10 o và chỉ xuất hiện ở những nơi trầm tích lắng đọng trên sườn dốc của các khối nhô ngầm dưới nước. Góc nghiêng nguyên sinh được thành tạo do kết quả của các chuyển động thẳng đứng không đều đặn xẩy ra đồng thời với quá trình tích tụ trầm tích. Sự sai lệch của bề mặt phân lớp so với phương nằm ngang rất hay gặp do tốc độ và lượng trầm tích được tích tụ khác nhau trong các khu vực của đáy bồn. Khi đó bề dày của các lớp được thành tạo không đồng nhất và cuối cùng làm cho bề mặt phân lớp có độ nghiêng lớn. Thế nằm nghiêng nguyên sinh cũng còn do sự đông cứng không đồng đều của trầm tích khi thành đá và sự gồ ghề của mặt bất chỉnh hợp. Thế nằm nguyên sinh của đá trầm tích ít khi được bảo tồn mà bị biến đổi do chuyển động kiến tạo về sau, đá bị nghiêng đi, bị uốn nếp và bị đứt gãy. Các thế nằm sau này của các đá gọi là thế nằm biến dạng. . hướng chuyển động của sóng trong thời gian tích tụ trầm tích. Chúng ta sẽ dễ dàng mắc sai lầm khi tính bề dày các lớp nếu không chú ý đến tính phân lớp xiên của lớp. Tính phân lớp xiên do gió. thạch. Sự xen kẽ nhau của các lớp được gọi là tính phân lớp; đó là một trong những đặc tính quan trọng và đặc trưng nhất của đá trầm tích và là cơ sở để nghiên cứu các đá trầm tích, địa tầng, địa. chục mét, phân lớp nhỏ - bề dày của lớp từ 1 - 10 cm, phân lớp mỏng - bề dày của lớp vài milimét, vi phân lớp - chỉ nhìn thấy được dưới kính hiển vi. 3 1.2. Cấu trúc của mặt phân lớp Nghiên